沧东凹陷古近系孔二段烃源岩特征评价

杨彧爽 毛治超 李阳

摘      要： 通过对沧东凹陷古近纪孔二段部分取样井的岩心的进行观测与取样，对沧东凹陷古近系孔二段烃源岩的地层厚度与分布特征进行分析研究;并对泥岩烃源岩样品进行有机地球化学的分析测试，其中分别包括对总有机碳（TOC）测试、镜质体反射率（Ro）测定、岩石热解分析、全岩有机显微组分分析、氯仿沥青“A”抽提、族组分分离等分析方法进行分析，完成了对沧东凹陷古近系孔二段烃源岩的有机质丰度、有机质类型以及有机质成熟度的研究，从而对沧东凹陷古近系孔二段烃源岩进行评价。研究结果表明，研究区烃源岩有机质丰度普遍较高，型以Ⅱ1、Ⅱ2为主，部分为Ⅰ型有机质，没有Ⅲ型有机质。有机碳（TOC）值为0.12%～76%，平均值为2.23%，大部分超过生烃门限（0.2%）;镜质组反射率为0.627%～0.888%，总体上处于成熟阶段。

关  键  词：沧东凹陷;孔二段;烃源岩;烃源岩评价

中图分类号：TE122       文献标识码：A       文章编号： 1671-0460（2020）02-0480-04

Abstract： Through the observation and sampling of the core of Cangdong sag， the stratigraphic thickness and distribution characteristics of the source rocks of the second member of Kongdian formation of the Paleogene in Cangdong sag were studied. The organic geochemical analysis and testing of the mudstone source rock samples were carried out， including total organic carbon（TOC）test， rock pyrolysis analysis， analysis of whole rock organic microscopic composition， vitrinite reflectance（Ro）measurement， chloroform asphalt "A" extraction， group component separation， etc. The study on the organic matter abundance， organic matter type and organic matter maturity of the source rocks of Kong2 member of the Paleogene in Jidong Sag was finished， and the source rocks of Kong2 member of the Paleogene in Jidong Sag were evaluated. The results show that the organic matter abundance of source rocks in the study area is generally high， the TOC value is 0.12%～76%， the average value is 2.23%， exceeding the hydrocarbon generation threshold （0.2%）; the vitrinite group reflectivity is 0.627%～0.888%， overall at a mature stage. The organic matter type is mainly composed of II1 and II2， and some of it is type I organic matter.

Key words：  Cangdong sag; the second member of Kongdian formation; source rocks; source rock evaluation

沧东凹陷是中国渤海湾盆地黄骅亚盆地中含油最多的地区之一，已发现7个常规油田，包括两个巨型油田。沧海凹陷面积为1.5×103 km2，位于渤海湾盆地黄骅亚盆地南部。这条东北向的凹陷以东部的徐西断裂，西部的沧东断裂，北部的孔店隆起和南部的东莞隆起为界。沧东凹陷可划分为五个不同的构造单元，即：孔店构造带;舍女寺断裂带;孔东坡;孔西坡和南皮斜坡。

关于沧东凹陷孔二段形成的石油勘探擴展为研究该地层的油气潜力和详细的生物标志物分布提供了难得的机会，以证明有机质来源和沉积特征。在这项研究中，进行了地球化学热解分析。先前已经记录了沧东凹陷地质和地球化学的基本特征。该凹陷东部以徐黑凸起为界，南以吴桥凹陷为界，西侧紧邻沧县隆起，北部以孔店凸起为界，内部与沈青庄潜山相接，勘探面积约为4 700 km2，是黄骅坳陷中的第二大富油凹陷[1-5]。沧东凹陷是渤海湾盆地内油气资源探明程度较低的领域，目前凹陷内探明石油储量累计探明3.98×108 t，探明程度达到78%。表明沧东凹陷孔二段泥页岩是生油倾向十分明显的烃源岩。

1  地质背景

黄骅坳陷属于渤海湾盆地中的一个新生代次级断陷，其南北分别紧临临清坳陷及燕山-秦皇岛隆起，东西部与宁、沧县隆起相接，呈北东-南西向展布，黄骅坳陷是渤海湾盆地内一个较大的二级构造单元。

沧东凹陷在古近系期间经历了同一个裂谷阶段，且自新近纪以来一直处于裂谷后阶段。 从底部到顶部，地层分别由古近系孔店组，沙河街和东营（Ed）组，新近系观陶组（Ng）和明化正组（Nm）以及第四纪平原（Qp）组组成。沧东凹陷属于大型的复式地堑构造，地处渤海湾盆地黄骅坳陷孔店组凸起以南。由于断裂活动较为强烈，根据其构造演化特征，可将沧东凹陷划分为①早期断陷期②坳陷期③断陷期④断陷充填期四个演化阶段（图1）。

2  烃源岩特征

通过对样品进行有机碳（TOC）含量测定、岩石热解分析、全岩有机显微组分分析、镜质体反射率（Ro）测定、氯仿沥青“A”抽提、族组分分离，研究沧东凹陷烃源岩特征。

2.1  有机质丰度

研究区中烃源岩的有机碳（TOC）含量最小值为0.12%，TOC含量最大值为76%，平均值约为2.23%。一般认为，残余有机碳（TOC）最小值为0.5%的细粒泥页岩能够产生足以形成工业性聚集的石油[6]。沧东凹陷古近系中孔二段烃源岩中有机碳大于0.5%的样品约占80%，大于1%约占65%，具有很高有机质丰度。生烃潜量（S1+S2）（mg/g）最小值为0.23，最大值为72.94，平均值为21.03;氯仿沥青“A”的最小值为0.005 2%最大值为0.956 5%，平均值0.328%;总烃HC含量[10-6（ppm）]在9.5～276.7之间，平均值为61.03。从以上数据看，孔二段泥页岩具有地层厚度大、分布广、发育稳定、有机质丰度高等特征，因而，沧东凹陷的有机质主要由孔二段烃源岩贡献，孔一上枣0油组与沙三段烃源岩提供的有机质仅起辅助与补充作用（表1）。

2.2  有机质类型

全岩显微组分定量方法源自煤岩科学，自从20世纪80年代以来，便成为一种用于烃源岩评价的新方法。该方法具有一系列优点，如周期短，速度快，成本低，便于观测，并且还保留了有机物的原始结构特征。它可以提供更多干酪根显微镜无法提供的信息，特别是对于成因，成烃母体材料，生烃和迁移。研究的其他方面具有明显的优势[7-10]。

烃源岩的微观组成分为四类：镜质组、惰质组、壳质组和腐泥组。镜质组和惰性组富含碳和少有氢，具有很大的生成气体的潜力;该组和几丁质组的氢和碳相对丰富，生产石油的潜力大于生产天然气的潜力。根据微观组分对碳氢化合物的不同贡献，分配不同的系数来计算全岩有机质类型指数Ti，然后根据表2的划分方案划分有机物类型。

对沧东凹陷古近系烃源岩孔二段泥页岩组中所取得的40个样品进行了全岩显微有机组分分析，分析结果表明：孔二段烃源岩样品有机质中主要以腐泥组和壳质组为主，镜质组和惰性组的含量偏低。用类型指数TI方法进行了有机类型的划分，可以看出，孔二段有机质以Ⅱ1型为主，约占样品的62.5%;其次为Ⅱ2型，约占总样品的35%;且还有部分有机质类型为Ⅰ型有机质，约占样品数的2.5%，缺少Ⅲ型有机质。

2.3  有机质成熟度

根据“干酪根热降解为油”的机理，有机质的时间和演化速率只有线性关系，而有机质的温度和演化速率呈指数关系[11]。在烃源岩类型和丰度（油气生成的物质基础）相似的情况下，烃源岩的演化程度和演化阶段（油气生成的关键）可直接影响烃类的生产数量[12]。有机质的热演化会随着热力学效应的增加加深，同时，表征有机质成熟度的参数也随之相应的进行变化。 因此，有机质成熟度是在烃源岩评价中衡量烃源岩实际生烃能力的重要指标之一（表3）。

大量研究发现，烃源岩中的Tmax与Ro之间具有较好的相关性，与镜质体反射率Ro类似，会随着演化程度的增加而增加。其中烃源岩的成烃门限大约是在Tmax=435 ℃左右;而低成熟阶段分布在435～440 ℃之间;成熟阶段主体在440～450 ℃之间;高成熟阶段分布范围为450～580 ℃;过成熟阶段在>580 ℃。

研究区11个样品的最高热解峰温Tmax介于440～450 ℃，占烃源岩样品总数的27.5%，处于成熟阶段;13个样品的最高热解峰温Tmax介于435～ 440 ℃，占烃源岩样品总数的32.5%，处于低成熟阶段;14个烃源岩样品的最高热解峰温小于435 ℃，占烃源岩样品总数的35%，处于未成熟阶段，其余为高成熟阶段，其中最高。由此可见，沧东凹陷二段烃源岩样品主体处于低成熟-成熟阶段。

3  结论

通过对渤海湾沧东凹陷古近纪烃源岩样品进行总有机碳（TOC）含量、镜质体反射率、岩石热解、全岩显微组分、氯仿沥青“A”等进行分析，对沧东凹陷古近系孔二段不同井位烃源岩的有机质丰度、有机质类型以及有机质热演化程度进行了综合的研究。结果表明研究区孔二段烃源岩均具有较高的有机质丰度，绝大多数样品有机碳含量在0.12%～76%之间，均大于1.0%，平均值为2.23%;而生烃潜量的分布范围跨度则较大，在0.23～72.94 mg/g之间，大多数样品的生烃潜量大于2.0 mg/g，平均在21.03 mg/g左右;而相应的，样品中氯仿沥青“A”的含量也较高，在0.005 3%～0.956 5%范围内，绝大多数样品大于0.05%，平均为0.328%;且其大部分烃源岩主要为Ⅱ～Ⅰ有机质，表征该研究区大部分样品为好-优质烃源岩。大部分样品的镜质体反射率大于0.7%，主体分布在0.627%～0.888%，整体上处于成熟阶段。

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